JP4352415B2 - 燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料ポンプから圧送される燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、該蓄圧室内の燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する検出手段とを備える内燃機関の燃料噴射装置に適用され、前記燃料噴射弁を操作することで燃料噴射制御を行う燃料噴射制御装置及び制御システムに関する。

ディーゼル機関の各気筒の燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する共通の蓄圧室（コモンレール）を備える燃料噴射装置が周知である。こうした燃料噴射装置を備えるいわゆるコモンレール式のディーゼル機関によれば、機関運転状態に応じてコモンレール内の燃圧の目標値（目標燃圧）を自由に設定することができ、ひいては燃料噴射弁に供給される燃圧を自由に制御することができる。

一方、上記燃料噴射弁を操作することで燃料噴射制御を行う燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁に対する噴射量の指令値（指令噴射量）及びコモンレール内の燃圧の検出値に基づき、燃料噴射弁に対する噴射期間の指令値（指令噴射期間）を設定する。ここでは、燃料噴射量が、噴射期間のみならずコモンレール内の燃圧に依存することに鑑み、噴射量及び燃圧と噴射期間との関係を定める関係情報を用いて指令噴射期間を設定する。そして、指令噴射期間に応じて燃料噴射弁を開弁操作することで、指令噴射量の燃料を噴射するようにしている。

ただし、コモンレール内の燃圧が変動する場合には、上記関係情報に基づき算出される指令噴射期間が指令噴射量にとって適切な値とならないおそれがある。そこで、従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、燃圧の検出値に基づき指令噴射期間を仮に設定した後、燃料噴射弁に対する通電開始時にコモンレール内の燃圧を再度検出し、これに基づき最終的な指令噴射期間を決定するものも提案されている。これにより、燃料噴射弁から燃料が噴射される期間に極力近接したタイミングにおける燃圧の検出値に基づき最終的な指令噴射期間を設定することができる。
特開２００１−１５２９４９号公報

ところで、コモンレール内への燃料の圧送期間と燃料噴射弁による燃料の噴射期間とが重複する場合、燃料噴射弁による燃料噴射のみならず、燃料の圧送も噴射期間中のコモンレール内の燃圧の変動要因となる。このため、上記のように通電開始時に検出された燃圧が指令噴射期間を設定するために適切な値とはならないおそれがある。特に、コモンレールへの燃料の圧送と燃料噴射弁による燃料噴射とが１対１に対応しない非同期システムにおいては、噴射期間と圧送期間とが重複する気筒としない気筒とが混在することとなり、通電開始時の燃圧を用いて指令噴射期間を設定した場合には、実際の噴射量が指令噴射量に対して過剰となる気筒と不足する気筒とが混在する事態も生じ得る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄圧室内の燃圧の変動にかかわらず、噴射量をより高精度に制御することのできる燃料噴射制御装置及び制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、燃料ポンプから圧送される燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、該蓄圧室内の燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する検出手段とを備える内燃機関の燃料噴射装置に適用され、前記燃料噴射弁を操作することで燃料噴射制御を行う燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁により実際に燃料が噴射される期間を前記燃料噴射弁に対する指令噴射開始時期、指令噴射期間、及び前記検出手段の検出値に基づき推定し、該推定された期間内に前記検出手段によって検出された燃圧の検出値を取得する取得手段と、前記内燃機関の噴射開始前の所定回転角度において検出される燃圧に対するその噴射開始後に前記取得手段によって取得される燃圧の検出値の相違に関する情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報と、該情報が取得される燃料噴射にとっての次回以降の燃料噴射直前の前記所定回転角度における燃圧の検出値とに基づき、前記次回以降の燃料噴射時における燃圧を予測し、該予測される燃圧に応じて前記次回以降の燃料噴射に関する前記燃料噴射弁の操作量を設定する設定手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、燃料が実際に噴射される期間内における燃圧の検出値に基づき、燃料噴射弁の操作量が設定される。このため、燃料噴射弁によって実際に燃料が噴射される期間における蓄圧室内の燃圧の挙動を反映しつつ、燃料噴射弁の操作量が設定されることとなる。このため、蓄圧室内の燃圧の変動にかかわらず、噴射量をより高精度に制御することができる。

ただし、燃料噴射弁の中には、指令噴射期間に対する実際の燃料噴射期間が大きくずれるものがある。特に、蓄圧室内の高圧燃料を噴射するものにあっては、その傾向が強い。こうした燃料噴射弁にあっては、取得手段によって取得された検出値を、そのときの燃料噴射における燃料噴射弁の操作量に反映することは困難となる。この点、上記発明では、次回以降の燃料噴射に際して、取得手段によって取得された燃圧に関する情報を用いることで、この情報、すなわち、実際に燃料が噴射されている期間における蓄圧室内の燃圧の挙動に関する情報を燃料噴射弁の操作量に好適に反映させることができる。

また、上記発明では、所定回転角度と、上記取得手段による検出値の取得タイミングとの間の燃圧の相違に関する情報が記憶される。このため、都度の噴射直前の所定回転角度における燃圧の検出値及び上記相違に関する情報に基づき、今回の燃料噴射時における燃圧を予測することができる。そして、これにより操作量を設定することで、今回燃料が噴射されているときの燃圧の予測値に基づき操作量を設定することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記内燃機関は、多気筒内燃機関であり、前記記憶手段は、前記情報を気筒毎に各別に記憶するものであり、前記設定手段は、各気筒の燃料噴射弁の操作量を、前記記憶手段に記憶された情報のうち該当する気筒に関する情報に基づき設定することを特徴とする。

多気筒内燃機関の場合、燃料が噴射されている期間における蓄圧室内の燃圧の挙動は、気筒間で相違し得る。このため、別の気筒における燃圧の挙動に基づき燃料噴射弁の操作量を設定したのでは、その設定が適切なものとならないおそれがある。この点、上記発明では、気筒毎に各別に情報を記憶して、該当する気筒の情報を用いて燃料噴射弁の操作量を設定することで、こうした問題を回避することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記燃料ポンプが前記内燃機関の出力軸と連結されて且つ、前記燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程が前記内燃機関の出力軸の回転角度によって定まることを特徴とする。

上記発明では、燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程が出力軸の回転角度によって定まるために、蓄圧室への燃料の圧送期間と各気筒の圧縮上死点との角度間隔には一定の関係があると考えられる。このため、同一気筒において燃料が噴射される期間における蓄圧室内の燃圧の挙動は、内燃機関の運転状態が同一であれば、略同一となり得る。このため、上記発明は、気筒毎に各別に記憶された情報が、各気筒にとって特に適切な情報となる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記記憶手段は、前記内燃機関の運転状態によって分割された領域毎に前記取得手段によって取得された燃圧に関する情報を各別に記憶するものであり、前記設定手段は、前記燃料噴射弁の操作量を、前記記憶手段に記憶された情報のうち該当する領域の情報に基づき設定することを特徴とする。

内燃機関の運転状態が異なると、燃料が噴射される期間における蓄圧室内の燃圧の挙動が異なり得る。上記発明では、この点に着目し、内燃機関の運転状態によって分割された領域毎に情報を記憶することで、都度の燃料噴射時の運転状態にとって適切な情報を用いて操作量を設定することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記記憶手段は、前記燃料噴射弁の噴射量及び前記蓄圧室内の燃圧の少なくとも一方に基づき前記領域の分割を行うことを特徴とする。

噴射量が異なると、燃料が噴射される期間における蓄圧室内の燃圧の挙動が変化する。また、蓄圧室内の燃圧が変化すると、燃料が噴射される期間における蓄圧室内の燃圧の挙動が変化する。上記発明では、この点に着目し、情報を記憶する領域を噴射量や燃圧に応じて分割することで、燃料が噴射される期間における燃圧の挙動が互いに異なる運転領域を識別することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記取得手段は、前記燃料噴射弁により実際に燃料が噴射される期間の中央における前記検出手段の検出値を取得することを特徴とする。

上記発明によれば、実際に燃料が噴射される期間における蓄圧室内の燃圧の平均的な値を、簡易に取得することができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記取得手段は、前記燃料噴射弁から実際に噴射される燃料量が前記燃料噴射弁に対する指令噴射量の「１／２」となる時点における前記検出手段の検出値を取得することを特徴とする。

燃料噴射がなされると、蓄圧室内の燃料が消費されるため、燃圧が低下する傾向にある。そして、仮に、燃料噴射以外に蓄圧室内の燃圧の流出入がないとするなら、燃料噴射に伴って燃圧が低下する際の蓄圧室内の燃圧の平均値は、指令噴射量の「１／２」の燃料が噴射されたタイミング近傍での燃圧となる。この点、上記発明では、実際に燃料が噴射される期間における蓄圧室内の燃圧の平均的な値を比較的簡易に取得することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記取得手段は、前記燃料噴射弁により実際に燃料が噴射される期間における前記検出手段の複数回の検出値を取得するものであり、前記記憶手段は、前記複数回の検出値に関する情報を記憶することを特徴とする。

上記発明では、実際に燃料が噴射される期間における燃圧の挙動に関する情報をより適切に取得することができる。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記取得手段は、指令噴射開始時期に対する実際の噴射開始時期の遅延時間を前記検出手段の検出値に基づき推定する手段と、実際の噴射終了時期を、前記指令噴射開始時期及び前記指令噴射期間及び前記検出手段の検出値に基づき推定する手段とを備えることを特徴とする。

燃料噴射弁には燃料が充填されるため、燃料噴射弁の開弁タイミングは、燃圧の影響を受ける傾向にある。このため、燃圧に応じて、指令噴射開始時期に対する実際の噴射開始時期の遅延時間を推定することができる。また、指令噴射開始時期及び指令噴射期間によって、噴射終了時期の指令値が定まる。そして、燃料噴射弁内には燃料が流入して且つ噴射口を介して噴出するものであるため、燃料噴射弁の閉弁タイミングも、燃圧の影響を受ける傾向にある。この点、上記発明では、燃圧に応じて、実際の噴射終了時期を推定することができる。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜５、８、９のいずれかに記載の発明において、前記取得手段は、前記検出手段の検出値の取得タイミングを、今回の燃料噴射と前回の燃料噴射とのインターバル、燃料噴射期間、燃料噴射開始時期、及び前記蓄圧室内の燃圧の少なくとも１つに応じて可変設定することを特徴とする。

今回実際に燃料が噴射されている期間における蓄圧室内の燃圧に対する前回の燃料噴射に伴う蓄圧室内の圧力脈動の影響は、前回の燃料噴射と今回の燃料噴射とのインターバルに依存する。このため、インターバルに応じて取得タイミングを可変とするなら、圧力脈動にかかわらず適切なタイミングで検出値を取得することができる。

また、実際に燃料が噴射されている期間における蓄圧室内の燃圧の挙動は、燃料噴射のみならず、燃料ポンプからの燃料の圧送にも依存する。そして、実際に燃料が噴射される期間と圧送期間との間の回転角度のずれ量は、燃料噴射期間や、燃料噴射開始時期に応じて変化する。このため、上記ずれ量と相関を有するパラメータである燃料噴射期間や、燃料噴射開始時期に応じて取得タイミングを可変とするなら、ずれ量に応じた圧送の影響にかかわらず適切なタイミングで検出値を取得することができる。

また、実際に燃料が噴射されているときの蓄圧室内の燃圧の挙動は、蓄圧室内の燃圧(例えば噴射直前の燃圧)に応じて相違する。この点、蓄圧室内の燃圧に応じて取得タイミングを可変設定するなら、燃圧に起因する挙動の変化にかかわらず適切なタイミングで検出値を取得することができる。

請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関が多気筒内燃機関であり、前記燃料ポンプの圧送の周期と各気筒の燃料噴射弁による燃料の噴射周期とが互いに相違することを特徴とする。

燃料ポンプの圧送の周期と、各気筒の燃料噴射弁による燃料の噴射周期とが異なる場合、圧送タイミングと噴射タイミングとのタイミングのずれ量は、気筒毎に相違する。このため、全気筒一律に燃料噴射から所定角度前の燃圧に基づき燃料噴射弁の操作量を設定したのでは、実際に噴射される燃料量を高精度に制御することが特に困難となる。このため、上記発明は、上記請求項１〜１０記載の発明の作用効果を特に好適に奏することができるものとなっている。

なお、請求項１１記載の発明は、前記燃料ポンプの圧送の周期と各気筒の燃料噴射弁による燃料の噴射周期との最小公倍数が、１燃焼サイクルの周期の整数倍であることが望ましい。ここで、前記燃料ポンプの圧送の周期と各気筒の燃料噴射弁による燃料の噴射周期との最小公倍数が１燃焼サイクルの周期と一致する場合には、上記請求項２の作用効果を特に好適に奏することができる。

請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料噴射制御装置と、前記燃料噴射装置とを備えることを特徴とする。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる燃料噴射制御装置及び制御システムを、車載ディーゼル機関の燃料噴射制御装置及び制御システムに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる燃料噴射制御システムの全体構成を示す。図示されるように、燃料タンク１内の燃料は、ディーゼル機関の出力軸(クランク軸２)から動力を付与される燃料ポンプ４によって汲み上げられる。ここで、燃料ポンプ４は、２つのプランジャを備えており、これらプランジャの往復動作に伴って、燃料を汲み上げ、これを吐出する。これにより、燃料ポンプ４によって汲み上げられた燃料は、加圧されてコモンレール６に供給される。コモンレール６は、燃料ポンプ４から加圧供給(圧送)された高圧状態の燃料（高圧燃料）を蓄えて、各気筒（ここでは、５気筒を例示）の燃料噴射弁１０（ここでは、１つの気筒の燃料噴射弁のみを例示）に高圧燃料を分配供給する全気筒共通の蓄圧室である。なお、コモンレール６には、その内部の燃圧を検出する燃圧センサ７が設けられている。

燃料噴射弁１０は、コモンレール６から供給される高圧燃料を、ディーゼル機関の燃焼室に噴射供給するものである。詳しくは、燃料噴射弁１０の先端には円柱状のニードル収納部１２が設けられている。そして、ニードル収納部１２には、その軸方向に変位可能なノズルニードル１４が収納されている。ノズルニードル１４は、燃料噴射弁１０の先端部に形成されている環状のニードルシート部１６に着座することで、ニードル収納部１２を外部（ディーゼル機関の燃焼室）から遮断する一方、ニードルシート部１６から離座することで、ニードル収納部１２を外部と連通させる。また、ニードル収納部１２には、コモンレール６から高圧燃料通路１８を介して高圧燃料が供給される。

ノズルニードル１４の背面側（ニードルシート部１６と対向する側の反対側）は、背圧室２０に対向している。背圧室２０には、高圧燃料通路１８、オリフィス１９を介してコモンレール６から高圧燃料が供給される。また、ノズルニードル１４の中間部には、ニードルスプリング２２が備えられており、ニードルスプリング２２によりノズルニードル１４は燃料噴射弁１０の先端側へ押されている。

一方、低圧燃料通路２４は燃料タンク１に連通しており、低圧燃料通路２４と背圧室２０との間は、バルブ２６によって連通及び遮断される。すなわち、背圧室２０と低圧燃料通路２４とを連通するオリフィス２８がバルブ２６によって塞がれることで、背圧室２０と低圧燃料通路２４とが遮断される一方、オリフィス２８が開放されることで背圧室２０と低圧燃料通路２４とが連通される。

バルブ２６は、バルブスプリング３０によって燃料噴射弁１０の先端側へ押されている。また、バルブ２６は、電磁ソレノイド３２の電磁力により吸引されることで、燃料噴射弁１０の後方側に変位可能となっている。

こうした構成において、電磁ソレノイド３２が通電されず電磁ソレノイド３２による吸引力が働いていないときには、バルブ２６は、バルブスプリング３０の力によって、オリフィス２８を塞ぐこととなる。一方、ノズルニードル１４は、ニードルスプリング２２によって燃料噴射弁１０の先端側へ押され、ニードルシート部１６に着座した状態（燃料噴射弁１０の閉弁状態）となる。

ここで、電磁ソレノイド３２が通電されると、電磁ソレノイド３２による吸引力によりバルブ２６は燃料噴射弁１０の後方側へ変位し、オリフィス２８を開放する。これにより、背圧室２０の高圧燃料は、オリフィス２８を介して低圧燃料通路２４へと流出する。このため、背圧室２０の高圧燃料がノズルニードル１４へ加える力は、ニードル収納部１２内の高圧燃料がノズルニードル１４に加える力よりも小さくなる。そして、この力の差が、ニードルスプリング２２がノズルニードル１４を燃料噴射弁１０の先端側へ押す力よりも大きくなると、ノズルニードル１４がニードルシート部１６から離座した状態（燃料噴射弁１０の開弁状態）となる。

一方、電子制御装置（以下、ＥＣＵ４０）は、中央処理装置や、常時記憶保持装置４２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ４４）を備えている。ここで、常時記憶保持装置４２は、ＥＣＵ４０の主電源の状態にかかわらず常時給電状態が維持されるバックアップＲＡＭや、給電の有無にかかわらずデータを保持するＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリなど、要は、ＥＣＵ４０の主電源の状態にかかわらずデータを保持する記憶装置である。

ＥＣＵ４０は、燃圧センサ７や、クランク軸２の回転角度を検出するクランク角センサ５２等、ディーゼル機関の運転状態を検出する各種センサの検出値や、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ５４の検出値に基づき、ディーゼル機関の燃焼状態を制御する。例えばディーゼル機関の運転状態に応じて、ディーゼル機関の出力性能や排気特性を良好に維持するような燃料噴射制御がなされる。これは、以下の態様にて行われる。

すなわち、ＥＣＵ４０では、ディーゼル機関の運転状態等に基づき、コモンレール６内の燃圧の目標値（目標燃圧）を設定する。ここでは、運転状態として、例えば燃料噴射弁１０に対する噴射量の指令値(指令噴射量)及びクランク軸２の回転速度に基づき、目標燃圧を設定する。そして、目標燃圧に基づき、燃料ポンプ４を操作することで、コモンレール６内の実際の燃圧を目標燃圧に制御する。また、ＥＣＵ４０では、ユーザの要求や、ディーゼル機関の運転状態、運転環境に基づき、指令噴射量や、噴射開始時期の指令値(指令噴射開始時期)を算出する。そして、要求される燃料噴射量と燃圧センサ７によって検出される燃圧とに応じて噴射期間の指令値(指令噴射期間)を設定し、設定した指令噴射期間と指令噴射開始時期とに基づき、燃料噴射弁１０の通電操作を行う。

図２に、本実施形態にかかる燃圧制御の態様を示す。図２（ａ）は、指令噴射期間を示し、図２（ｂ）は、噴射率の推移を示し、図２（ｃ）は、燃圧のサンプリングタイミングを示し、図２（ｄ）は、コモンレール６内の燃圧の推移を示し、図２（ｅ）は、燃料ポンプ４の２つのプランジャのうちの第１プランジャの動作を示し、図２（ｆ）は、燃料ポンプ４の第２プランジャの動作を示す。なお、図２上部には、第１〜第５気筒の圧縮上死点を、「＃１ＴＤＣ〜＃５ＴＤＣ」として表記した。

図示されるように、本実施形態では、各気筒の燃料噴射が等間隔（１４４°ＣＡ毎)で周期的になされるのに対し、燃料の圧送が、周期「２４０°ＣＡ」で周期的になされている。すなわち、燃料の噴射周期と、燃料の圧送周期とが互いに異なる非同期式システムとなっている。このため、各気筒の圧縮上死点と、これに最近接する燃料ポンプの圧送上死点との相対的な回転角度差が、気筒毎に相違する。したがって、各気筒の燃料噴射弁１０を介して燃料が噴射される際に、コモンレール６に燃料が圧送される気筒と圧送されない気筒とで、コモンレール６内の燃圧の挙動が大きく異なることとなる。

例えば図中、２番気筒にあっては、燃料が噴射される期間と圧送期間とが重複しないために、燃料の噴射に伴ってコモンレール６内の燃圧が単調強減少する。これに対し、１番気筒にあっては、燃料が噴射される期間と圧送期間とが重複するために、燃料が実際に噴射されている期間にあってもコモンレール６内の燃圧は必ずしも低下せず、また、低下するときであっても低下量が２番気筒と比較して少ない。このため、各気筒の圧縮上死点よりも所定角度進角したタイミングにおいてサンプリングされた燃圧に基づき指令噴射期間を設定することによっては、全ての気筒の実際の噴射量を高精度に制御することが困難である。

そこで本実施形態では、各気筒の燃料噴射時における燃圧の挙動の周期性に着目する。すなわち、本実施形態では、ディーゼル機関の圧縮上死点と燃料ポンプ４の上死点とのずれ量は、４ストローク（７２０°）を周期として周期的に変動する。このため、各気筒の圧縮上死点と燃料ポンプ４の上死点との関係は一義的に定まっている。このため、少なくともディーゼル機関の運転状態が同一であるなら、燃料が実際に噴射されている期間におけるコモンレール６内の燃圧の挙動は、同一気筒における過去の挙動と近似していると考えられる。このため、本実施形態では、図２（ｄ）に第１気筒について例示するように、燃料噴射前の所定回転角度における燃圧の検出値ＮＰＣ（ｎ−１）に対する実際に燃料が噴射されるときの燃圧の差としての変動量ΔＰと、それ以降の燃料噴射前の所定回転角度における燃圧の検出値ＮＰＣ（ｎ）とに基づき、燃料噴射時の燃圧を推定する。すなわち、各燃料噴射前の所定回転角度における燃圧の検出値ＮＰＣ（ｎ）に変動量ΔＰを加算したものを、今回の燃料噴射時の燃圧の予測値とし、これに応じて、指令噴射期間を設定する。

ここで、上記実際に燃料が噴射されているときの燃圧の検出タイミングを、本実施形態では、図３に示すように、実際に燃料が噴射されている期間の中央に設定する。図３（ａ）は、燃料噴射弁１０に対する操作信号の推移を示し、図３（ｂ）は、噴射率の推移を示し、図３（ｃ）は、コモンレール６内の燃圧の推移を示す。図では、コモンレール６内の燃料の流出入の要因を、燃料噴射弁１０を介した燃料の噴射のみに限った場合を示している。この場合、実際に燃料が噴射されるに伴いコモンレール６内の燃圧が低下する。このため、実際に燃料が噴射される期間ＴＱＤＵＲの「１／２」の時間経過時の燃圧は、実際に燃料が噴射される期間内のコモンレール６内の平均的な燃圧となっていると考えられる。このため、本実施形態では、実際に燃料が噴射される期間ＴＱＤＵＲの「１／２」の時間経過時の燃圧と燃料噴射前の燃圧との差を、上記変動量ΔＰとする。

そして、上記変動量ΔＰを、ディーゼル機関の運転領域によって分割された領域毎に、上記ＲＡＭ４４に記憶する。詳しくは、図４に示すように、各気筒において、コモンレール６内の燃圧と噴射量とによって分割された領域毎に、変動量ΔＰを記憶する。ここで、燃圧を用いるのは、燃圧が高いほど燃料噴射がなされるときの燃圧の低下量が大きくなる傾向にあるためである。また、噴射量を用いるのは、噴射量がコモンレール６からの燃料の流出量を定めるために、燃圧の低下量に大きな影響を及ぼすためである。

図５に、上記変動量ΔＰの算出処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、各気筒の圧縮上死点から所定回転角度前においてコモンレール６内の燃圧を検出する。続くステップＳ１２において、先の図４に示したマップにおいて、現在の運転領域にすでに変動量ΔＰが記憶されているか否かを判断する。そして、未だ記憶されていないと判断されるときには、ステップＳ１４において、上記ステップＳ１０にて検出された燃圧の検出値ＮＰＣに基づき、指令噴射開始時期に対する実噴射開始時期の遅延量ＴＤを算出する。すなわち、燃料噴射弁１０に対する通電開始から燃料噴射弁１０が実際に開弁するまでの遅延量ＴＤを算出する。この遅延量ＴＤについては、先の図３に示してある。遅延量ＴＤは、先の図１に示したバルブ２６の変位に伴い背圧室２０内の燃圧が下がることで、背圧室２０内の燃料がノズルニードル１４を押す力とスプリング２２の弾性力との合力よりも、ニードル収納部１２内の燃料がノズルニードル１４を押す力の方が大きくなるまでに要する時間である。このため、遅延量ＴＤは、背圧室２０内の燃圧、及びニードル収納部１２内の燃圧に応じて変化する。詳しくは、コモンレール６内の燃圧が高いほど、遅延量ＴＤが大きくなる。本実施形態では、この点に着目し、燃圧と遅延量ＴＤとの関係を予め実験等によって求めてマップを作成しておくことで、ステップＳ１４においてこのマップにて遅延量ＴＤを算出する。

続くステップＳ１６においては、指令噴射期間と、燃圧とに基づき、実噴射終了時期の遅延量ＴＤＥを算出する。ここで、指令噴射期間は、指令噴射量と、ステップＳ１０において検出された燃圧とによって求められるものである。また、遅延量ＴＤＥは、燃料噴射弁１０に対する通電停止から燃料噴射弁１０が実際に閉弁するまでに要する時間として定義される。この遅延量ＴＤＥについても、先の図３に示してある。遅延量ＴＤＥは、先の図１に示したバルブ２６の変位に伴い背圧室２０内の燃圧が上昇することで、背圧室２０内の燃料がノズルニードル１４を押す力とスプリング２２の弾性力との合力が、ニードル収納部１２内の燃料がノズルニードル１４を押す力よりも大きくなることでノズルニードル１４が閉弁方向に変位を開始し、その後閉弁状態となるまでに要する時間である。このため、遅延量ＴＤＥは、燃料噴射弁１０に供給される燃料の圧力、換言すればコモンレール６内の燃圧に応じて変化する。更に、ノズルニードル１４が閉弁方向に変位を開始する時点でのノズルニードル１４のリフト量にも依存する。このリフト量は、指令噴射期間と相関を有する。このため、本実施形態では、指令噴射期間及び燃圧と遅延量ＴＤとの関係を予め実験等によって求めてマップを作成しておくことで、ステップＳ１６においてこのマップにて遅延量ＴＤＥを算出する。

ステップＳ１８においては、実噴射期間ＴＱＤＵＲを算出する。これは、指令噴射期間ＴＱに、遅延量ＴＤＥを加算して且つ、遅延量ＴＤを減算することで行うことができる。続くステップＳ２０においては、変動量ΔＰの算出に用いる燃圧の検出タイミングＴＡＤＴＩＭＥを算出する。これは、指令噴射開始時にＴＦＩＮに遅延量ＴＤと、実噴射期間ＴＱＤＵＲの「１／２」の値を加算することで行う。そして、ステップＳ２２では、上記検出タイミングＴＡＤＴＩＭＥにおいて、燃圧の検出値ＮＰＣＤＵＲを取得する。そして、続くステップＳ２４では、上記ステップＳ２２における検出値ＮＰＣＤＵＲから上記ステップＳ１０における検出値ＮＰＣを減算することで、変動量ΔＰを算出する。

続くステップＳ２４では、変動量ΔＰの絶対値が閾値α以下であるか否かを判断する。この処理は、変動量ΔＰの信頼性を評価するためのものである。すなわち、燃圧センサ７の出力にノイズが混入するなどして検出値が適切な値から大きくずれるときには、変動量ΔＰが過度に大きくなると考えられ、この場合、変動量ΔＰの信頼性が低いと考えられる。ステップＳ２６において閾値α以下であると判断されるときには、変動量ΔＰの信頼性が高いとして、ステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８では、ＲＡＭ４４の該当する領域に変動量ΔＰを記憶する。

なお、上記ステップＳ１２において肯定判断されるときや、ステップＳ２６において否定判断されるとき、更にはステップＳ２８の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。

図６に、上記変動量ΔＰに基づく本実施形態にかかる燃料噴射制御の処理手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、各気筒の圧縮上死点から所定回転角度前においてコモンレール６内の燃圧を検出する。この処理は、先の図５のステップＳ１０の処理と同一である。続くステップＳ３２では、先の図４に示したマップにおいて、現在の運転領域にすでに変動量ΔＰが記憶されているか否かを判断する。そして、記憶されていると判断されるときには、ステップＳ３４において、該当する気筒の該当する領域の変動量ΔＰを読み出す。そして、ステップＳ３６においては、ステップＳ３０において取得された検出値ＮＰＣ及びステップＳ３４によって読み出された変動量ΔＰの和と、指令噴射量とに基づき、指令噴射期間を算出する。

これに対し、ステップＳ３２において否定判断されるときには、ステップＳ３８に移行する。ステップＳ３８では、ステップＳ３０において取得される検出値ＮＰＣと、指令噴射量とに基づき、指令噴射期間を算出する。そして、この指令噴射期間に基づき、先の図５に示した処理を行うことで、変動量ΔＰが算出されることとなる。なお、上記ステップＳ３６，Ｓ３８の処理が完了すると、この一連の処理を一旦終了する。

上記処理により、実際に燃料が噴射される期間内における燃圧を予測しつつ、この予測される燃圧に基づき指令噴射期間を設定することができる。特に、各運転領域毎に変動量ΔＰを記憶することで、一旦記憶がなされた後には、ディーゼル機関の運転状態が変化したとしても、燃圧の予測を適切に行うことができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）ディーゼル機関の噴射開始前の所定回転角度において検出される燃圧に対するその噴射開始後の燃圧の変動量ΔＰと、都度の燃料噴射前の所定回転角度における燃圧とに基づき、その燃料噴射期間における燃圧を予測した。これにより、今回燃料が噴射されているときの燃圧の予測値に基づき指令噴射期間を高精度に設定することができる。

（２）変動量ΔＰを、気筒毎に各別に記憶した。これにより、実際に燃料が噴射されている期間における燃圧を、変動量ΔＰに基づいて高精度に予測することができる。

（３）変動量ΔＰを、噴射量及び燃圧によって分割された領域毎に各別に記憶した。これにより、都度の運転状態に応じた適切な変動量ΔＰを用いて、指令噴射期間を設定することができる。

（４）燃圧に基づき遅延量ＴＤを算出して且つ、指令噴射期間及び燃圧に基づき遅延量ＴＤＥを算出した。これにより、実際の噴射期間を適切に推定することができる。

（５）燃料噴射弁１０により実際に燃料が噴射される期間の中央における燃圧の検出値に基づき変動量ΔＰを算出した。これにより、実際に燃料が噴射される期間におけるコモンレール６内の燃圧の平均的な値を、簡易に取得することができる。

（６）燃料ポンプ４の圧送の周期と各気筒の燃料噴射弁１０による燃料の噴射周期とが互いに相違する非同期システムを用いた。この場合、圧送タイミングと噴射タイミングとのタイミングのずれ量は、気筒毎に相違する。このため、全気筒一律に燃料噴射から所定角度前の燃圧に基づき指令噴射期間を設定したのでは、実際に噴射される燃料量を高精度に制御することが特に困難となる。このため、本実施形態によれば、上記（１）〜（５）の作用効果を特に好適に奏することができる。

(第２の実施形態)
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図７に、本実施形態にかかる変動量ΔＰの算出処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図７において、先の図５に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１８の処理が完了すると、ステップＳ１９において、燃圧検出タイミングの決定係数βを算出する。決定係数βは、ステップＳ１８において算出された実噴射期間ＴＱＤＵＲに乗算することで、燃圧の検出タイミングを決定するものである。本実施形態では、決定係数βを、図８に示すように、指令噴射量の「１／２」の燃料を噴射したタイミングにおいて燃圧を検出するための値に設定する。

ここでは、直前の燃料噴射と今回の燃料噴射とのインターバル、指令噴射期間ＴＱ、指令噴射開始時期ＴＦＩＮ、ステップＳ１０において取得された燃圧の検出値ＮＰＣに基づき、決定係数βをマップ演算する。

ここで、インターバルは、今回実際に燃料が噴射されている期間におけるコモンレール６内の燃圧に対する前回の燃料噴射に伴うコモンレール６内の圧力脈動の影響を定めるパラメータである。このため、インターバルに応じて検出タイミングを可変とすることで、圧力脈動の影響にかかわらず先の図８に示したタイミングを高精度に設定する。

また、指令噴射期間ＴＱ及び指令噴射開始時期ＴＦＩＮは、実際に燃料が噴射される期間と圧送期間との間の回転角度のずれ量と相関を有するパラメータである。実際に燃料が噴射されている期間におけるコモンレール６内の燃圧の挙動は、燃料噴射のみならず、燃料ポンプ４からの燃料の圧送に依存する。このため、上記ずれ量と相関を有するパラメータである指令噴射期間ＴＱ及び指令噴射開始時期ＴＦＩＮに応じて検出タイミングを可変とすることで、ずれ量の変化にかかわらず、先の図８に示したタイミングを高精度に設定することができる。

また、コモンレール６内の燃圧によって、実際に燃料が噴射されているときのコモンレール６内の燃圧の挙動が変化する。この点、コモンレール６内の燃圧に応じて検出タイミングを可変設定することで、燃圧に起因する挙動の変化にかかわらず、先の図８に示したタイミングを高精度に設定することができる。

上記ステップＳ１９の処理が完了すると、ステップＳ２０ａにおいて、燃圧の検出タイミングを算出する。ここでは、実噴射期間ＴＱＤＵＲに決定係数βを乗算した値と遅延量ＴＤとを指令噴射開始時期ＴＦＩＮに加算することで、検出タイミングＴＡＤＴＩＭＥを算出する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（４）、(６)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（７）燃料噴射弁１０から実際に噴射される燃料量が指令噴射量の「１／２」となる時点において燃圧を検出した。これにより、実際に燃料が噴射される期間におけるコモンレール６内の燃圧の平均的な値を比較的簡易に取得することができる。

（８）検出タイミングを定めるための決定係数βを、今回の燃料噴射と前回の燃料噴射とのインターバル、指令噴射期間、指令噴射開始時期、及びコモンレール６内の燃圧に応じて可変設定した。これにより、検出タイミングをより適切に設定することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかる変動量ΔＰの算出処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ４０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図９において、先の図５に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１８の処理が完了すると、ステップＳ２１において、実噴射期間ＴＱＤＵＲ内に、燃圧センサ７によって燃圧を複数回検出する。続くステップＳ２２ａでは、複数回の燃圧の検出値の平均値を算出する。そして、ステップＳ２４においては、ステップＳ１０において取得される検出値に対する上記平均値の差として変動量ΔＰを算出する。

以上説明した本実施形態によれば、実際に燃料が噴射される期間における燃圧についてのより高精度な平均値を取得することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記各実施形態では、遅延量ＴＤや遅延量ＴＤＥを算出するに際し、指令噴射開始時期よりも前の燃圧の検出値を用いたが、これに限らない。例えば指令噴射開始時期における燃圧を用いてもよい。更に、上記各実施形態のように、メイン噴射のみについて、変動量ΔＰに基づく燃圧の予測値を用いた指令噴射期間の設定を行うなら、ノズルニードル１４は最大リフト量まで変位すると仮定して、指令噴射期間を用いることなく燃圧のみから遅延量ＴＤＥを算出してもよい。

・先の第２の実施形態において、決定係数βの設定としては、先の図８に例示したものに限らない。例えば、気筒間の噴射量ばらつきを補償することができる検出タイミングとなるように予め実験等によって決定係数βを適合してもよい。また、決定係数βを定めるためのパラメータとして上記パラメータの全てを用いるものに代えて、その一部を用いるものとしてもよい。

・第３の実施形態においては、実噴射期間内での燃圧の複数回の検出値の単純な平均値を用いたが、これに代えて、例えば噴射率が大きくなると想定されるタイミングにおける検出値ほど大きい係数を乗算して加算する加重平均処理によって得られる値を用いてもよい。

・上記各実施形態では、気筒毎に変動量ΔＰを記憶したが、これに限らず、例えば気筒毎に「７２０°ＣＡ」と「１０４０°ＣＡ」との２つのタイミングでの変動量ΔＰを各別に記憶してもよい。これにより、ディーゼル機関の圧縮上死点と近接する燃料ポンプ４のプランジャがいずれのプランジャであるかに応じて、変動量ΔＰを各別に算出することができる。

・燃料噴射の周期と燃料の圧送の周期とは、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば本発明を、燃料噴射周期と燃料の圧送周期とが同一となる同期式システムに適用してもよい。この場合、気筒毎に変動量ΔＰを各別に記憶しなくても、実際に燃料の噴射がなされている期間における燃圧を適切に予測することができる。ただし、この場合であっても、燃料ポンプ４が複数のプランジャを備える場合、各気筒の圧縮上死点ともっとも近接して上死点となるプランジャが回転角度に応じて異なるケースが生じ得る。この場合には、各気筒の圧縮上死点ともっとも近接して上死点となるプランジャが異なる場合には、各別の変動量ΔＰを算出するようにすれば、実際に燃料の噴射がなされている期間における燃圧をより高精度に予測することができる。

また、圧送周期の整数倍が１燃焼サイクルとならないものであってもよい。ただし、この場合、気筒毎に変動量ΔＰを記憶する代わりに、各気筒の圧縮上死点とプランジャ上死点とのずれ量が同一となるまでを一周期として、この間で燃料噴射毎に変動量ΔＰを各別に記憶することが望ましい。これは、燃料噴射周期と圧送周期との最小公倍数を１週企図することで行うことができる。

・実際に燃料が噴射される期間における燃圧を予測するために記憶する情報としては、上記変動量ΔＰに限らない。例えば所定回転角度における燃圧の検出値ＮＰＣに対する検出タイミングＴＡＤＴＩＭＥにおける燃圧の検出値の比であってもよい。この場合、都度の燃料噴射前の所定回転角度における検出値に上記比を乗算することで、今回実際に燃料が噴射される期間における燃圧を予測することができる。

・変動量ΔＰを記憶する領域の分割手法としては、噴射量と燃圧とによって行うものに限らず、これらのうちの一方であってもよい。更に、上記実施形態のように回転速度及び指令噴射量によって目標燃圧が定まるなら、回転速度及び噴射量、又は回転速度及び燃圧によって領域を分割しても上記各実施形態に準じた効果を得ることができる。

・燃料噴射弁としては、先の図１に例示したものに限らない。この際、燃料噴射弁に供給される燃料によってノズルニードルを開弁方向及び閉弁方向の双方に押す力を得て且つ、閉弁方向に押す燃料を充填する室（背圧室２０）と低圧側とを連通及び遮断する手段を備える構成にあっては、開弁時期及び閉弁時期の応答遅れが生じやすいため、変動量ΔＰを記憶して次回以降の燃料噴射に用いることが特に有効である。ただし、燃料噴射弁に対する指令噴射開始時期や指令噴射終了時期に対する実際の時期の応答遅れが無視し得るものにあっては、変動量ΔＰを算出した後、そのときの燃料噴射における指令噴射期間を更新してもよい。

・変動量ΔＰを常時記憶保持装置４２に記憶してもよい。

・内燃機関としては、ディーゼル機関等の圧縮着火式内燃機関に限らず、例えば筒内噴射式ガソリン機関であってもよい。

第１の実施形態にかかる燃料噴射制御システムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかる燃料噴射制御態様を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる燃圧の検出タイミングの設定手法を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる変動量ΔＰの記憶手法を示す図。 同実施形態にかかる変動量ΔＰの算出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる燃料噴射制御処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる変動量ΔＰの算出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる燃圧の検出タイミングの設定手法を示すタイムチャート。 第３の実施形態にかかる変動量ΔＰの算出処理の手順を示す流れ図。

符号の説明

４…燃料ポンプ、６…コモンレール、７…燃圧センサ、１０…燃料噴射弁、４０…ＥＣＵ（燃料噴射制御装置の一実施形態）。

Claims (12)

1. 燃料ポンプから圧送される燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、該蓄圧室内の燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する検出手段とを備える内燃機関の燃料噴射装置に適用され、前記燃料噴射弁を操作することで燃料噴射制御を行う燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射弁により実際に燃料が噴射される期間を前記燃料噴射弁に対する指令噴射開始時期、指令噴射期間、及び前記検出手段の検出値に基づき推定し、該推定された期間内に前記検出手段によって検出された燃圧の検出値を取得する取得手段と、
   前記内燃機関の噴射開始前の所定回転角度において検出される燃圧に対するその噴射開始後に前記取得手段によって取得される燃圧の検出値の相違に関する情報を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された情報と、該情報が取得される燃料噴射にとっての次回以降の燃料噴射直前の前記所定回転角度における燃圧の検出値とに基づき、前記次回以降の燃料噴射時における燃圧を予測し、該予測される燃圧に応じて前記次回以降の燃料噴射に関する前記燃料噴射弁の操作量を設定する設定手段とを備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記内燃機関は、多気筒内燃機関であり、
   前記記憶手段は、前記情報を気筒毎に各別に記憶するものであり、
   前記設定手段は、各気筒の燃料噴射弁の操作量を、前記記憶手段に記憶された情報のうち該当する気筒に関する情報に基づき設定することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料ポンプが前記内燃機関の出力軸と連結されて且つ、前記燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程が前記内燃機関の出力軸の回転角度によって定まることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記記憶手段は、前記内燃機関の運転状態によって分割された領域毎に前記取得手段によって取得された燃圧に関する情報を各別に記憶するものであり、
   前記設定手段は、前記燃料噴射弁の操作量を、前記記憶手段に記憶された情報のうち該当する領域の情報に基づき設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記記憶手段は、前記燃料噴射弁の噴射量及び前記蓄圧室内の燃圧の少なくとも一方に基づき前記領域の分割を行うことを特徴とする請求項４記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記取得手段は、前記燃料噴射弁により実際に燃料が噴射される期間の中央における前記検出手段の検出値を取得することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記取得手段は、前記燃料噴射弁から実際に噴射される燃料量が前記燃料噴射弁に対する指令噴射量の「１／２」となる時点における前記検出手段の検出値を取得することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
8. 前記取得手段は、前記燃料噴射弁により実際に燃料が噴射される期間における前記検出手段の複数回の検出値を取得するものであり、
   前記記憶手段は、前記複数回の検出値に関する情報を記憶することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
9. 前記取得手段は、指令噴射開始時期に対する実際の噴射開始時期の遅延時間を前記検出手段の検出値に基づき推定する手段と、実際の噴射終了時期を、前記指令噴射開始時期及び前記指令噴射期間及び前記検出手段の検出値に基づき推定する手段とを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
10. 前記取得手段は、前記検出手段の検出値の取得タイミングを、今回の燃料噴射と前回の燃料噴射とのインターバル、燃料噴射期間、燃料噴射開始時期、及び前記蓄圧室内の燃圧の少なくとも１つに応じて可変設定することを特徴とする請求項１〜５、８、９のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
11. 前記内燃機関が多気筒内燃機関であり、
    前記燃料ポンプの圧送の周期と各気筒の燃料噴射弁による燃料の噴射周期とが互いに相違することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料噴射制御装置と、
    前記燃料噴射装置とを備えることを特徴とする燃料噴射制御システム。

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